DE4244608C2 - Radar method carried out by means of a computer for measuring distances and relative speeds between a vehicle and obstacles in front of it - Google Patents

Radar method carried out by means of a computer for measuring distances and relative speeds between a vehicle and obstacles in front of it

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Description

Die Erfindung betrifft ein mittels eines Computers durchgeführtes Radarverfahren gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to a radar method carried out by means of a computer the preamble of the main claim.

Die Radartechnik hat zur Messung von Abständen und Relativgeschwindigkeiten bislang primär im Luftverkehr Anwendung gefunden. Dort geht es um die Erfassung eines Abstandsbereichs zwischen einigen hundert Metern bis zu vielen Kilometern. Demgegen­ über erfordern die besonderen Verhältnisse im Straßenverkehr die Erfassung eines Abstandsbereichs von weniger als einem Meter bis zu über hundert Metern. Darüber hin­ aus müssen entsprechende fahrzeugautarke Abstandswarn- und Sicherheitsanlagen angesichts der üblicherweise gegenüber Luftverkehrsstrecken unübersichtlichen und komplizierten Straßenszenen relativ viele Hindernisse gleichzeitig mit möglichst vielen charakterisierenden Daten erfassen können. Grundsätzlich ist die Erfassung von drei Daten, nämlich Abstand zwischen Fahrzeug und Hindernis, Relativgeschwindigkeit zwischen Fahrzeug und Hindernis (mittels des Doppler-Effekts) und Amplitude des am Hindernis reflektierten Sendesignals zur Gewinnung einer Aussage über die Größe des Hindernisses erwünscht.So far, radar technology has been used to measure distances and relative speeds primarily used in aviation. There it is about recording one Distance range between a few hundred meters to many kilometers. Against it The special conditions in road traffic require the registration of a Distance range from less than one meter to over a hundred meters. Beyond that Appropriate self-sufficient distance warning and safety systems must be made in view of the usually confusing compared to air routes and complicated street scenes relatively many obstacles at the same time with as many as possible characterizing data. Basically, the capture of three Data, namely distance between vehicle and obstacle, relative speed between vehicle and obstacle (using the Doppler effect) and amplitude of the am Obstacle reflected transmission signal to obtain a statement about the size of the Obstacle desired.

Aus der deutschen Auslegeschrift DE 23 05 941 B2 ein Fahrzeughindernisradar zur Mes­ sung von Entfernung und relativer Geschwindigkeit von Hindernissen bekannt, dessen Sender schnell wechselnd frequenzmodulierte und unmodulierte Dauerstrichsignale über einen Zirkulator von einer Antenne abstrahlt. From the German layout specification DE 23 05 941 B2 a vehicle obstacle radar for measuring of distance and relative speed of obstacles known Transmitter quickly changing frequency modulated and unmodulated continuous wave signals via radiates a circulator from an antenna.  

Die von den Hindernissen reflektierten Signale werden in zwei Mischern mit den Sende­ signalen gemischt. Die Mischer liefern den Cosinus und den Sinus der Schwebungs­ frequenz. Diese Signale gelangen zur Erfassung der relativen Geschwindigkeit zwischen Kraftfahrzeug und Hindernis auf eine Geschwindigkeitsmeßeinrichtung. Eines der Signale wird für die Entfernungsmessung zum Hindernis verwendet.The signals reflected by the obstacles are in two mixers with the transmit mixed signals. The mixers provide the cosine and the sine of the beat frequency. These signals come between to record the relative speed Motor vehicle and obstacle on a speedometer. One of the signals is used for the distance measurement to the obstacle.

In "Kleinheubacher Berichte" 1991, Band 35, S. 731 bis 740 sind weitere Dauerstrichradar­ verfahren beschrieben, die eine gleichzeitige Abstands und Relativgeschwindigkeitsmesung und die Erfassung mehrerer Hindernisse gestatten. Jedoch ist ein Serieneinsatz eines solchen Radarverfahrens als fahrzeugautarkes Verfahren aus wirtschaftlichen Gesichts­ punkten nicht möglich, da durch hohe Frequenzsteigungen hohe Differenzfrequenzen entstehen und die zu verarbeitende Bandbreite (im hohen MHz-Bereich) für kommerzielle Signalprozessoren zu groß ist.In "Kleinheubacher reports" 1991, volume 35, pp 731 to 740 are further continuous wave radar described methods that measure a simultaneous distance and relative speed and allow detection of multiple obstacles. However, series production is one such a radar process as a self-sufficient process from an economic point of view scores are not possible because of high frequency slopes, high difference frequencies arise and the bandwidth to be processed (in the high MHz range) for commercial Signal processors is too large.

Des weiteren ist aus der Patentanmeldung GB 2 249 448 A ein Radarsystem bekannt, bei dem die gesendete Trägerwelle in eine Mehrzahl von Stufen unterschiedlicher Frequenzen unterteilt ist, wobei die Dauer der Stufen in Abhängigkeit der Entfernung des zu detektie­ renden Hindernisses gewählt wird. Die Frequenzstufe des reflektierten Empfangssignals wird danach zur Gewinnung von Inphase- und Quadratursignalen mit der darauffolgenden Frequenzstufe des Sendesignals gemischt. Im weiteren werden diese Signale derart verar­ beitet, daß der Abstand zu dem das Sendesignal reflektierenden Hindernis ermittelt werden kann.Furthermore, a radar system is known from patent application GB 2 249 448 A, at which the transmitted carrier wave in a plurality of stages of different frequencies is divided, the duration of the stages depending on the distance to be detected obstacle is selected. The frequency level of the reflected received signal is then used to obtain in-phase and quadrature signals with the following Frequency level of the transmission signal mixed. These signals are further processed in this way works to determine the distance to the obstacle reflecting the transmission signal can.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Radarverfahren zu schaffen, das für mehrere Hindernisse gleichzeitig die Abstände, die Relativgeschwindigkeiten und die Amplitude des reflektierten Signals als Maß für die Größe der Hindernisse unter Einsatz kommerzieller Signalprozessoren zu erfassen gestattet und damit einen Serieneinsatz im Kraftfahrzeug ermöglicht.The invention is accordingly based on the object of providing a radar method which For several obstacles, the distances, the relative speeds and the Amplitude of the reflected signal used as a measure of the size of the obstacles commercial signal processors allowed to record and thus a series use in Motor vehicle enables.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen dargestellt.The object is achieved by the features of patent claim 1. Advantageous training and Further developments are presented in the subclaims.

Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet neue Modulationsschritte. Die Besonderheit der Modulation besteht darin, daß die kontinuierlichen Sendesignale in frequenzkonstante Stufen zeitlich konstanter Länge ohne zeitlichen Abstand zueinander zerlegt sind. Die zeitli­ che Länge einer solchen Stufe beträgt zweckmäßigerweise etwa 20 µs; nach Ablauf dieser Zeit sind sämtliche am Hindernis reflektierten Signale detektiert, d. h. das empfangene Signal der betreffenden Sendesignalstufe befindet sich im eingeschwungenen Zustand. Während jeder frequenzkonstanten Stufe des reflektierten empfangenen Signals wird ein komplexer Abtastwert erfaßt, der die eingeschwungene Phase des Reflexionslaufzeitprofils enthält. Bei einer Stufenlänge von 20 µs entspräche dies einer Abtastfrequenz von 50 kHz, die in vorteilhafter Weise also relativ niedrig ist.The method according to the invention includes new modulation steps. The peculiarity the modulation is that the continuous transmission signals in frequency constant Levels of constant length without a time interval are broken down. The temporal  che length of such a stage is advantageously about 20 microseconds; after this Time all signals reflected on the obstacle are detected, i. H. the received The signal of the relevant transmission signal stage is in the steady state. During each frequency constant stage of the reflected received signal, a complex sample that detects the steady phase of the reflection time profile contains. With a step length of 20 µs, this would correspond to a sampling frequency of 50 kHz, which is advantageously relatively low.

Nach einer Ausbildung der Erfindung sind bei der Verarbeitung der empfangenen reflek­ tierten Signale insgesamt vier Verfahrensschritte oder Messungen vorgesehen. Dabei dienen die drei ersten Messungen der Erfassung der Hindernisse, gegeben durch die Zahl der Sendesignal-Stufen und die Zahl der Abstands- und Relativgeschwindigkeits-Fenster, während in der vierten Messung aus den in den drei ersten Messungen ermittelten poten­ tiellen Hindernissen die - bei der Auswertung entstandenen - Geister- oder Scheinhinder­ nisse ausgesondert werden, so daß anschließend nur die Daten für tatsächlich existierende Hindernisse weiter verarbeitet werden.According to an embodiment of the invention, the received reflections are processed in the processing tated signals a total of four process steps or measurements are provided. Here The first three measurements are used to measure the obstacles, given by the number the transmission signal stages and the number of distance and relative speed windows, while in the fourth measurement from the pots determined in the first three measurements tical obstacles - the ghost or sham obstacles that arose during the evaluation nisse are separated out, so that only the data for actually existing Obstacles are processed further.

Für den Vergleich werden nach einer Weiterbildung der Erfindung die Schnittpunkte zu einer Folge mit abnehmenden Reflexionsamplituden geordnet. Danach wird die konjugiert komplexe Phase des amplitudengrößten Schnittpunktes mit den vierten Empfangssignalen korreliert und die Schnittpunkte, deren so gewonnener Korrelationswert unter einem vorge­ gebenen Wert liegt, werden als Geisterhindernisse ausgeschlossen. Dagegen wird iterativ jeweils nach Ermittlung eines Schnittpunktes mit hohem Korrelationswert auf das zugehö­ rige fiktive vierte Empfangssignal rückgeschlossen und dieses von den Empfangssignalen der vierten Messung subtrahiert.According to a development of the invention, the intersection points become for the comparison ordered in a sequence with decreasing reflection amplitudes. Then it is conjugated complex phase of the highest amplitude intersection with the fourth received signals correlates and the intersection points, the correlation value thus obtained below a pre given value, are excluded as ghost obstacles. In contrast, it becomes iterative in each case after determining an intersection with a high correlation value on the associated Fictitious fourth received signal inferred and this from the received signals the fourth measurement subtracted.

Die weiteren Unteransprüche beschreiben Kalibrierverfahren, die mit besonderem Vorteil im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens angewendet werden können.The other subclaims describe calibration methods that are of particular advantage can be used in the context of the inventive method.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. In dieser zeigen:An embodiment of the invention is explained below with reference to the drawing. In this show:

Fig. 1 den grundsätzlichen, an sich bekannten Aufbau einer Radarvorrichtung, wie sie auch für das erfindungsgemäße Verfahren Einsatz finden kann, Fig. 1 the basic, known structure of a radar apparatus, as it can find also use for the inventive method,

Fig. 2 ein Frequenz-Zeit-Diagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 2 shows a frequency-time diagram of the method according to the invention,

Fig. 3 das Frequenz-Zeit-Diagramm zur Entfernungs- und Geschwindigkeitsmes­ sung eines Hindernisses, Fig. 3 shows the frequency-time diagram for distance and Geschwindigkeitsmes solution of an obstacle,

Fig. 4 ein Geschwindigkeits-Abstands-Diagramm des erfindungsgemäßen Verfah­ rens, Fig. 4 is a speed-distance diagram of the inventive procedural Rens,

Fig. 5 eine erfindungsgemäße Mittelwertbildung der reflektierten Signale, Fig. 5 is an averaging of the invention of the reflected signals,

Fig. 6, ein Schema für die Gesamtkalibrierung, Fig. 6, a scheme for the overall calibration,

Fig. 7 bis 11 die Wirkung der Kalibrierung auf die Signalverläufe und FIGS. 7 to 11, the effect of the calibration on the signal curves and

Fig. 12, 13 und 14 Ortsdiagramme ohne und mit Phasenfehler bzw. nach Kor­ rektur desselben. Fig. 12, 13 and 14 location diagrams without and with phase errors or after the same correction.

Betrachtet man zunächst das Blockschaltbild nach Fig. 1, so gliedert sich die Vorrichtung in den Hochfrequenz- oder Mikrowellenteil H und den Signalverarbeitungsteil S. Der span­ nungsgesteuerte Oszillator (VCO), der in üblicher Weise ein kontinuierliches Mikrowellen­ signal (continuous wave) erzeugt dessen Frequenz beispielsweise mittels einer Varactor­ diode über mehrere 100 MHz proportional zu einer Steuer-Modulationsspannung f(t) ver­ ändert werden kann, dient bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung jeweils frequenzkonstanter, ohne zeitlichen Abstand zueinander folgender Sendesignal-Stufen zeitlich konstanter Länge, die über den Koppler 2 und den Zirkulator 3, dessen Arbeitsrich­ tung durch den Pfeil angedeutet ist, zur Sende- und Empfangsantenne 4 gelangen. Mit 5 ist ein auf der Fahrbahn vor dem mit dieser Vorrichtung ausgerüsteten Fahrzeug befindliches Hindernis bezeichnet. Die Wege der Sendesignal-Stufen und der reflektierten empfangenen Signale sind durch Pfeile angedeutet.Referring first to the block diagram of Fig. 1, so the device is in the radio frequency or microwave part H and the signal processing part S. divided the voltage-controlled oscillator (VCO) in a conventional manner a continuous microwave signal (continuous wave) generated whose frequency For example, by means of a varactor diode over several 100 MHz proportional to a control modulation voltage f (t) can be changed, serves in the method according to the invention for generating frequency-constant, without a time interval between successive transmission signal stages of constant length over the coupler 2 and the circulator 3 , the direction of which is indicated by the arrow, arrive at the transmitting and receiving antenna 4 . 5 with an obstacle on the road in front of the vehicle equipped with this device is designated. The paths of the transmission signal stages and the reflected received signals are indicated by arrows.

Der Zirkulator 3 trennt die Sendesignale von den empfangenen reflektierten Signalen, so daß nur die reflektierten Signale zu dem in der Figur rechten Eingang des Quadratur­ mischers 6 gelangen, während seinem in der Figur linken Eingang durch den Koppler 2 ausgekoppelte Sendesignale zugeführt werden. Der Mischer 6 bildet die Differenzfrequenz zwischen Sende- und Empfangssignal als Inphasesignal I und Quadraturphasesignal Q, die beide zunächst in analoger Form vorliegen, d. h. als sinusförmige Zeitsignale. In den Anlag- Digital-Wandlern 7 und 8 erfolgt eine Umsetzung in Digitalsignale yn, die dem - in seiner Arbeitsweise noch zu beschreibenden - digitalen Signalprozessor 9 zugeführt werden, an dessen Ausgängen 10, 11 und 12 dann Signale für den jeweiligen Abstand, die Relativgeschwindigkeit und die Amplitude, d. h. die Hindernisgröße, abgegriffen werden können. The circulator 3 separates the transmitted signals from the received reflected signals, so that only the reflected signals arrive at the right input of the quadrature mixer 6 in the figure, while its left input in the figure is fed out by the coupler 2 . The mixer 6 forms the difference frequency between the transmit and receive signal as an in-phase signal I and a quadrature phase signal Q, both of which are initially present in analog form, ie as sinusoidal time signals. In the system-digital converters 7 and 8 there is a conversion into digital signals y n , which are fed to the digital signal processor 9 - still to be described in its mode of operation - at the outputs 10 , 11 and 12 of which signals for the respective distance are then obtained Relative speed and the amplitude, ie the obstacle size, can be tapped.

Der Signalprozessor 9, dem der Taktgeber 13 zugeordnet ist, dient seinerseits über den Codegenerator 14 zur Erzeugung der Steuerspannung f(t) für den Oszillator 1.The signal processor 9 , to which the clock generator 13 is assigned, in turn serves via the code generator 14 to generate the control voltage f (t) for the oscillator 1 .

Bei der folgenden Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Beispiel die Forderung angenommen, ein Abstandsbereich von 128 Metern solle mit einer Auflösung von einem Meter erfaßt werden. Ebenso ist eine Unterteilung des zu erfassenden Rela­ tivgeschwindigkeits-Bereichs in 128 Fenster angenommen. Damit ergibt sich also an sich die Notwendigkeit der Abarbeitung von 128 × 128 Fenstern, was nicht nur zu einem kaum vertretbaren Rechenaufwand führen würde, sondern auch zu einer relativ langen Rechen­ zeit, jedenfalls oberhalb 10 msec. Aus diesem Grunde sieht das erfindungsgemäße Verfah­ ren gemäß Fig. 2, in der die Sendefrequenz f über der Zeit t aufgetragen ist, drei Messun­ gen A, B, und C vor, in denen die Hindernisse erfaßt werden, sowie eine anschließende vierte Messung D, die der Aussortierung von dabei erzeugten Scheinhindernissen dient.In the following description of the method according to the invention, the requirement is assumed as an example that a distance range of 128 meters should be recorded with a resolution of one meter. A subdivision of the relative speed range to be recorded into 128 windows is also assumed. This results in the need to process 128 × 128 windows, which would not only lead to an unacceptable computing effort, but also to a relatively long computing time, at least above 10 msec. For this reason, the method according to the invention according to FIG. 2, in which the transmission frequency f is plotted over time t, provides three measurements A, B, and C in which the obstacles are detected, and a subsequent fourth measurement D, which serves to sort out false obstacles created in the process.

Wie bereits ausgeführt, arbeitet das erfindungsgemäße Verfahren mit Erzeugung jeweils frequenzkonstanten Stufen zeitlich konstanter Länge, in welche die Sendesignale zerlegt sind, und welche in den Messungen A, B und C Verwendung finden. In Fig. 2 ist vergrö­ ßert eine Folge derartiger Stufen 20 dargestellt, deren Dauer tB in dem angenommenen Beispiel 20 µsec beträgt und die in diesem Beispiel Frequenzinkremente fInkr. von 1 MHz definieren. Wie ebenfalls bereits erläutert, ermöglicht die Verwendung derartiger Sende­ signale-Stufen 20 eine Auswertung der reflektierten Signale bei eingeschwungener Phase.As already explained, the method according to the invention works with the generation of frequency-constant stages of constant length over time, into which the transmission signals are broken down and which are used in measurements A, B and C. In Fig. 2 is enlarged a sequence of such stages 20 is shown, the duration t B in the assumed example is 20 microseconds and the frequency increments f incr. of 1 MHz. As also already explained, the use of such transmission signal stages 20 enables an evaluation of the reflected signals when the phase is steady.

Alle vier Messungen A, B, C und D erfolgen sequentiell, d. h. in der Vorrichtung nach Fig. 1 erfolgt zunächst für alle 128 Stufen 20 die Messung A, dann entsprechend Messung B, und so fort. Während Messung A wird der Oszillator 1 durch eine entsprechende Steuerspannung f(t) so angesteuert, daß er, ausgehend von einer Mindestfrequenz von in diesem Beispiel 77 GHz, eine linear inkremental auf einen Maximalwert von in diesem Beispiel 77, 128 GHz ansteigende Folge von Stufen 20 erzeugt. Während Messung B erzeugt der Oszillator 1 dagegen, nunmehr ausgehend von der Maximalfrequenz, eine lineare Folge von Stufen mit entgegengesetzter Steigung, so daß schließlich wieder die Frequenz von 77 GHz erreicht wird. Demgegenüber erfolgt während Messung C die Aussendung von 128 Stufen, die alle dieselbe Frequenz besitzen. All four measurements A, B, C and D are carried out sequentially, ie in the device according to FIG. 1 measurement A is carried out first for all 128 stages 20 , then measurement B, and so on. During measurement A, the oscillator 1 is controlled by a corresponding control voltage f (t) in such a way that, starting from a minimum frequency of 77 GHz in this example, a sequence of stages increasing linearly and incrementally to a maximum value of 77, 128 GHz in this example 20 generated. During measurement B, on the other hand, the oscillator 1 , now starting from the maximum frequency, generates a linear sequence of steps with an opposite slope, so that the frequency of 77 GHz is finally reached again. In contrast, during measurement C, 128 stages are transmitted, all of which have the same frequency.

Die während der ersten drei Messungen A, B und C empfangenen reflektierten Signale werden jeweils mit einem Blackman-Cosinus­ fenster gewichtet und in eine Fouriertransformation (FFT) einge­ geben. Wie im einzelnen in "Introduction to Radar Systems" von M. I. Skolnik, 1962, Seite 88, dargelegt, ermöglichen die beiden ersten Messungen A und B für ein Hindernis, das sich durch eine hohe Reflexionsintensität hervorhebt, die gleichzeitige Messung von Abstand und Relativgeschwindigkeit. In Fig. 3 sind in einem Frequenz (f)-Zeit (t)-Diagramm die Verläufe 30 der Sendesignale und 31 der empfangenen reflektierten Signale wiedergegeben. Mit L ist die Echolaufzeit, mit ΔfDoppler die Dopplerfrequenz be­ zeichnet. Daraus sowie aus den Frequenzdifferenzen Δfup und Δfdown ergeben sich für die Relativgeschwindigkeit und den Ab­ stand bzw. die Entfernung die BeziehungenThe reflected signals received during the first three measurements A, B and C are each weighted with a Blackman cosine window and input into a Fourier transformation (FFT). As explained in detail in "Introduction to Radar Systems" by MI Skolnik, 1962, page 88, the first two measurements A and B for an obstacle that is distinguished by a high reflection intensity enable the simultaneous measurement of distance and relative speed. In Fig. 3, the curves 30 and 31 of the transmission signals of the received reflected signals are reproduced in a frequency (f) time (t) diagram. L is the echo delay time and Δf Doppler is the Doppler frequency. From this, as well as from the frequency differences Δf up and Δf down , the relationships result for the relative speed and the distance or the distance

ΔfDoppler = (Δfdown - Δfup)/2
ΔfEntf = (Δfdown + Δfup)/2.
Δf Doppler = (Δf down - Δf up ) / 2
Δf Entf = (Δf down + Δf up ) / 2.

Messung C trägt nun der Tatsache Rechnung, daß die Messungen A und B für mehr als ein Hindernis infolge Mehrdeutigkeit der mathematischen Beziehungen nicht brauchbar sind.Measurement C now takes into account the fact that measurements A and B for more than one obstacle due to ambiguity of the mathematical relationships are not useful.

Jede nach den drei Messungen A, B und C mit den dabei empfange­ nen reflektierten Signalen ausgeführte Fouriertransformation liefert in dem angenommenen Beispiel 128 "Spektralwerte". Dabei sind an den Ausgangszellen der Fouriertransformation auftretende herausragende Maxima durch Reflexionen von Hindernissen begrün­ det. Bezüglich der ersten und zweiten Messung gelten die oben im Zusammenhang mit Fig. 3 angegebenen Beziehungen; in Messung C sind die durch die Maxima angezeigten Frequenzen gleich den Dopplerfrequenzen der Hindernisse.Each Fourier transformation carried out after the three measurements A, B and C with the reflected signals received thereby provides 128 "spectral values" in the assumed example. Outstanding maxima occurring at the output cells of the Fourier transformation are justified by reflections from obstacles. The relationships given above in connection with FIG. 3 apply to the first and second measurements; in measurement C, the frequencies indicated by the maxima are equal to the Doppler frequencies of the obstacles.

In einem Geschwindigkeits-Entfernungs-Diagramm (Fig. 4) werden die in den drei Messungen A, B und C ermittelten Frequenzen durch Scharen sich schneidender Geraden gekennzeichnet, die jeweils potentielle Hindernispositionen darstellen. Die Geraden 40 und 41 beziehen sich auf die erste Messung A, die Geraden 42 und 43 auf die zweite Messung B und die Geraden 44, 45 und 46 auf die dritte Messung C. Nach Verknüpfung der Meßergebnisse der ersten drei Messungen kommen als potentielle Hindernisse nur noch die Schnittpunkte der Geraden 40 bis 46 in Frage. Dabei kann es sich um tatsächliche Hindernisse 47, 48 und 49 oder aber um ein Geister-Hindernis 50 handeln, das durch die Verknüpfung hervorgerufen wurde. Die drei ersten Messungen A, B und C liefern demgemäß Daten für eine definierte, gegenüber der Zahl der ursprünglichen Inkremente verringerte Anzahl potentieller Hindernisse, und mittels der vierten Messung D muß nun eine Möglichkeit zum Aussortieren der Geisterhindernisse geschaffen werden.In a speed-distance diagram ( FIG. 4), the frequencies determined in the three measurements A, B and C are characterized by throngs of intersecting straight lines, which each represent potential obstacle positions. The straight lines 40 and 41 relate to the first measurement A, the straight lines 42 and 43 to the second measurement B and the straight lines 44 , 45 and 46 to the third measurement C. After the measurement results of the first three measurements have been linked, there are only potential obstacles the intersection of the straight lines 40 to 46 in question. This can be actual obstacles 47 , 48 and 49 or a ghost obstacle 50 that was caused by the link. The first three measurements A, B and C accordingly provide data for a defined number of potential obstacles, which is smaller than the number of original increments, and the fourth measurement D must now be used to sort out the ghost obstacles.

Im Prinzip geschieht dies dadurch, daß die durch die Messungen A, B und C als Schnittpunkte ermittelten potentiellen Hinder­ nisse mittels einer definierten Frequenzmodulation oder Fre­ quenzcodierung daraufhin überprüft werden, ob es sich um tat­ sächliche Hindernisse oder Geisterhindernisse handelt. Dabei werden mittels des Oszillators 1 zeitlich aufeinanderfolgende Stufen mit Frequenzen fn gemäß der BeziehungIn principle, this is done in that the potential obstacles determined by the measurements A, B and C as intersection points are checked by means of a defined frequency modulation or frequency coding to determine whether there are actual obstacles or ghost obstacles. Thereby, successive stages with frequencies f n are created according to the relationship by means of the oscillator 1

fn = fT + fInkr. · (Anmod(P))
mit
n = O . . . N - 1, worin N = P - 1 und P = Primzahl,
A = natürliche Zahl, die für die jeweilige Länge N so gewählt ist, daß N unterschiedliche Koeffizienten entstehen;
fT= Trägerfrequenz des Oszillators,
fInkr. = Frequenzinkrement
mod = Modulo-Operator
f n = f T + f incr. · (A n mod (P))
With
n = O. . . N - 1, where N = P - 1 and P = prime number,
A = natural number chosen for the respective length N so that N different coefficients arise;
f T = carrier frequency of the oscillator,
f incr. = Frequency increment
mod = modulo operator

erzeugt, und während jeder - jeweils einem der Koeffizienten (Anmod(P)) zugeordneten - reflektierten Stufe wird als viertes Empfangssignal ein komplexer Abtastwertis generated, and during each - in each case assigned to one of the coefficients (A n mod (P)) - reflected stage the fourth received signal becomes a complex sample

mit i = Zahl der Hindernisse,with i = number of obstacles,

eingeschwungener Phasenwert des Hindernisses i,
c = Lichtgeschwindigkeit,
Ri = Entfernung des Zieles Hindernisses i;
vi= Relativgeschwindigkeit des Hindernisses i,
fT= Trägerfrequenz des Oszillators,
fA= Abtastfrequenz,
ki = Amplitude
berechnet.
steady phase value of obstacle i,
c = speed of light,
R i = distance of the target obstacle i;
v i = relative speed of the obstacle i,
f T = carrier frequency of the oscillator,
f A = sampling frequency,
k i = amplitude
calculated.

Anschließend erfolgt ein Vergleich der den Hindernissen in der vierten Messung zugeordneten Phasen ϕi;n mit den Phasen der Schnittpunkte 47, 48, 49 und 50 im Relativgeschwindigkeits-Ab­ stands-Diagramm der Fig. 4.The phases Phasen i; n assigned to the obstacles in the fourth measurement are then compared with the phases of the intersections 47 , 48 , 49 and 50 in the relative speed-distance diagram of FIG. 4.

Zur Erleichterung des Verständnisses wird für die Frequenz­ codierung fn folgendes Zahlenbeispiel angenommen:To facilitate understanding, the following numerical example is assumed for frequency coding f n :

P = 37; N = P - 1 = 36; A = 5;
fT = 77 GHz; fInkr. = 1 MHz.
P = 37; N = P - 1 = 36; A = 5;
f T = 77 GHz; f incr. = 1 MHz.

Die einzelnen Koeffizienten (Anmod(P)) lauten dann:
1; 5; 25; 14; 33; 17; 11; 18; 16; 6; 30; 2; 10; 13; 28; 29; 34; 22; 36; 32; 12; 23; 4; 20; 26; 19; 21; 31; 7; 35; 27; 24; 9; 8; 3; 15.
The individual coefficients (A n mod (P)) are then:
1; 5; 25; 14; 33; 17; 11; 18; 16; 6; 30; 2; 10; 13; 28; 29; 34; 22; 36; 32; 12; 23; 4; 20; 26; 19; 21; 31; 7; 35; 27; 24; 9; 8th; 3; 15.

Diese Koeffizienten decken alle natürlichen Zahlen zwischen 1 und 36 ab und sind alle verschieden voneinander. Multipliziert mit dem Frequenzsprung-Inkrement, hier 1 MHz, ergeben sie den in Fig. 2 im Bereich D dargestellten Modulationsverlauf: Für jeden Koeffizienten erhält man eine frequenzkonstante Stufe und während jeder Stufe einen Empfangsabtastwert in Form von in Fig. 1 mit I und Q bezeichneten Signalen. In Abweichung von den in den ersten drei Messungen A, B und C erhaltenen Stufen bilden die in der vierten Messung D erhaltenen Stufen jedoch keine lineare Stufenfolge.These coefficients cover all natural numbers between 1 and 36 and are all different from each other. Multiplied by the frequency hopping increment, here 1 MHz, they result in the modulation curve shown in FIG. 2 in area D: For each coefficient one obtains a frequency-constant stage and during each stage a receive sample in the form of I and Q designated in FIG. 1 Signals. Deviating from the stages obtained in the first three measurements A, B and C, however, the stages obtained in the fourth measurement D do not form a linear sequence of stages.

Die definierte Folge der Koeffizienten (Anmod(P)) hat nun beson­ dere mathematische Eigenschaften, die wesentliche Voraussetzun­ gen für die Anwendung im Radarsystem bilden:The defined sequence of the coefficients (A n mod (P)) now has special mathematical properties that form the essential prerequisites for use in the radar system:

  • 1. Multipliziert man die Folge mit einer beliebigen ganzen Zahl, ausgenommen 0, und bringt die Ergebnisfolge durch Modulorech­ nung wieder in den Bereich 1 . . . N, so ergibt sich eine zy­ klisch verschobene Version der Folge. Betrachtet man das obige Beispiel, so entsteht, wenn die dort angegebene Folge mit der Zahl 2 multipliziert und anschließend durch mod(37) in den Bereich 1 . . . 36 gebracht wird, die Folge 2; 10; 13; 28; 29; . . . die eine zyklisch verschobene Version der ursprüng­ lichen Folge ist.1. Multiply the sequence by any integer, except 0, and bring the result sequence back into range 1 using modulo calculation. . . N, there is a cyclically shifted version of the episode. If one looks at the example above, the result is when the sequence given there is multiplied by the number 2 and then by mod (37) in area 1 . . . 36 is brought, the episode 2 ; 10 ; 13 ; 28 ; 29 ; . . . which is a cyclically shifted version of the original episode.
  • 2. Subtrahiert man von der Koeffizientenfolge eine zyklisch ver­ schobene Version dieser Folge und bringt das Ergebnis durch Modulorechnung wieder in den Bereich 1 . . . N, so entsteht eine andere zyklisch verschobene Version der Folge. Im Beispiel: Von der Folge 1; 5; 25; 14; 33; . . . wird die Folge 2; 10; 13; 28; 29; . . . subtrahiert. Dadurch entsteht die zyklisch ver­ schobene Version 36; 32; 12; 23; 4; . . . 2. Subtract a cyclically shifted version of this sequence from the coefficient sequence and bring the result back into area 1 by modulo calculation. . . N, another cyclically shifted version of the sequence is created. In the example: From episode 1 ; 5 ; 25 ; 14 ; 33 ; . . . episode 2 ; 10 ; 13 ; 28 ; 29 ; . . . subtracted. This creates the cyclically shifted version 36 ; 32 ; 12 ; 23 ; 4 ; . . .

Wie bereits aus dem oben angegebenen Bildungsgesetz für das Empfangssignal yn der vierten Messung D ersichtlich, setzt sich dieses Empfangssignal aus der Überlagerung mehrerer Reflexions- Vorgänge an Hindernissen zusammen, die mit unterschiedlichen Reflexionsamplituden ki gewichtet empfangen werden und die jeweils die eingeschwungenen Phasenwerte ϕi;n über der diskreten Zeitachse n enthalten. Setzt man in die Beziehung für ϕi;n die Werte des obigen Zahlenbeispiels ein und nimmt eine Abtastfre­ quenz von 50 kHz an, so ergibt sichAs can already be seen from the above-mentioned law of formation for the received signal y n of the fourth measurement D, this received signal is composed of the superposition of several reflection processes at obstacles, which are received weighted with different reflection amplitudes k i and which each have the settled phase values ϕ i ; n included over the discrete time axis n. If one uses the values of the above numerical example in the relationship for ϕ i; n and assumes a sampling frequency of 50 kHz, the result is

Der erste, entfernungs- oder abstandsbedingte Summand erzeugt somit in der komplexen Ebene verteilte Phasen. Da der Abstand als Multiplikator in diese Phasen eingeht und durch die zyklische Periodizität der Phase bezüglich 360 Grad ein Modulo- Effekt erzeugt wird, entsteht gemäß der oben unter 1. defi­ nierten Voraussetzung je nach Abstand eine zyklisch verschobene Version der Phasenfolge.The first, distance or distance-related summand is generated thus phases distributed in the complex level. Because the distance enters these phases as a multiplier and through the cyclical periodicity of the phase with respect to 360 degrees a modulo Effect is created according to the above under 1. defi a precondition, depending on the distance, a cyclically shifted Version of the phase sequence.

Die mittels der ersten drei Messungen A, B und C gewonnenen potentiellen Hindernisse werden nun zu einer Folge mit abnehmen­ den Reflexionsamplituden ki geordnet und zwecks Aussortierung der Geisterhindernisse mit einem zu dem angenommenen Abstands- Geschwindigkeits-Vektor passenden Korrelator multipliziert; anschließend werden die Produkte addiert:The potential obstacles obtained by means of the first three measurements A, B and C are now arranged in a sequence with decreasing reflection amplitudes k i and multiplied by a correlator matching the assumed distance-speed vector in order to sort out the ghost obstacles; then the products are added:

Zunächst wird der Korrelationswert W für das Hindernis mit der größten Reflexionsamplitude errechnet:First, the correlation value W for the obstacle with the largest reflection amplitude calculated:

mit i = 0 (amplitudenstärkstes Ziel).with i = 0 (target with the highest amplitude).

Gemäß dieser Korrelationsbeziehung wird also mit dem Empfangs­ signal yn der vierten Messung D eine konjugiert komplexe Folge multipliziert, die zu dem potentiellen Hindernis mit der stärksten Reflexionsamplitude paßt. Das bedeutet, daß die entsprechende Phasenfolge subtrahiert wird. Nur bei einem tatsächlichen Hindernis entsteht ein hoher Korrelationswert W, da nur dann die Empfangsphasenfolge yn durch die Korrelation zu einer phasenkonstanten Folge rückgängig gemacht wird. Bei einem Geisterhindernis liegt im Empfangssignal yn keine derartige Phasenfolge vor, und die Wichtung mit der Korrelation erzeugt wegen weiterer potentieller Hindernisse zyklisch verschobene Versionen der Phasenfolge gemäß der oben unter 2. angegebenen mathematischen Eigenschaft. Die Summe solcher phasengestreuter Vektoren, d. h. der zugehörige Korrelationswert W, ist niedrig, so daß Scheinhindernisse als solche erkannt und aussortiert werden können.According to this correlation relationship, a complex complex conjugate is multiplied by the received signal y n of the fourth measurement D, which sequence matches the potential obstacle with the strongest reflection amplitude. This means that the corresponding phase sequence is subtracted. A high correlation value W arises only in the case of an actual obstacle, since only then is the received phase sequence y n reversed by the correlation to a phase-constant sequence. In the case of a ghost obstacle, there is no such phase sequence in the received signal y n , and the weighting with the correlation generates cyclically shifted versions of the phase sequence in accordance with the mathematical property specified under 2 because of further potential obstacles. The sum of such phase-scattered vectors, ie the associated correlation value W, is low, so that apparent obstacles can be recognized as such and sorted out.

In dem Diagramm nach Fig. 4 wird also der Schnittpunkt 50 aus­ sortiert, und die verbleibenden Schnittpunkte 47, 48 und 49 werden als realen Hindernissen zugeordnet weiterbehandelt. Dies geschieht in der Weise, daß iterativ jeweils nach Ermittlung eines Schnittpunktes mit hohem Korrelationswert W, also hier der Schnittpunkte 47, 48 und 49, auf das zugehörige fiktive vierte Empfangssignal j ϕ i;n rückgeschlossen und dieses von dem Empfangssignal yn der vierten Messung subtrahiert wird:In the diagram according to FIG. 4, the intersection 50 is thus sorted out, and the remaining intersections 47 , 48 and 49 are treated as real obstacles. This is done in such a way that it is iteratively inferred after the determination of an intersection point with a high correlation value W, i.e. here the intersection points 47 , 48 and 49 , that the associated fictitious fourth received signal j ϕ i; n is derived from the received signal y n of the fourth measurement is subtracted:

für alle n = O . . . N - 1.for all n = O. . . N - 1.

Diese Differenz enthält also nur noch die reflektierten Signale von dem zweitgrößten Ziel an abwärts. Dieses Vorgehen wird, wie gesagt, iterativ wiederholt, so daß anhand dieses neuen Empfangssignals yn wiederum eine Korrelationsüberprüfung für das nunmehr größte (also insgesamt zweitgrößte) Ziel durchgeführt wird; diese Vorgehensweise wiederholt sich entsprechend.This difference therefore only contains the reflected signals from the second largest target downwards. As already mentioned, this procedure is repeated iteratively, so that, on the basis of this new received signal y n , a correlation check is again carried out for the now largest (ie overall second largest) target; this procedure is repeated accordingly.

Schlagwortartig kann man also sagen, daß für reale Hindernisse die dem zugehörigen Schnittpunkt in dem Diagramm nach Fig. 4 zugeordnete Phase des Empfangssignals nach Art einer umgekehrten Fouriertransformation berechnet und mit dem Ergebnis aus der vierten Messung D verglichen wird. Da komplexe Werte vorliegen, erfolgt diese Überprüfung nach einer Korrelationsfunktion; die Korrelationswerte haben nur dann beispielsweise das Ergebnis 36, wenn ein echtes Hindernis vorliegt.In short, one can say that for real obstacles, the phase of the received signal assigned to the associated intersection in the diagram according to FIG. 4 is calculated in the manner of an inverse Fourier transformation and compared with the result from the fourth measurement D. Since complex values are available, this check is carried out according to a correlation function; the correlation values only have the result 36 , for example, if there is a real obstacle.

Nach der beschriebenen iterativen Überprüfung aller aus den Mes­ sungen A, B und c ermittelten potentiellen Hindernisse stehen nach der vierten Messung D die tatsächlichen Hindernisse mit hoher Detektionssicherheit zur Verfügung; die Fehlalarmraten bezüglich Scheinhindernissen sind extrem gering.After the described iterative review of all of the measurements solutions A, B and c identified potential obstacles after the fourth measurement D use the actual obstacles high detection reliability available; the false alarm rates regarding bogus obstacles are extremely small.

Grundsätzlich wäre es möglich, allein mit dem vierten Ver­ fahrensschritt D Abstände und Relativgeschwindigkeiten auch bei Vorhandensein von mehreren Hindernissen zu bestimmen. Bei einer hinreichend großen Auflösung würde sich jedoch eine derart lange Rechenzeit ergeben, daß eine Realtime-Anwendung des Verfahrens nicht möglich wäre. Aus diesem Grunde wird durch die ersten drei Verfahrensschritte A, B und C eine Vorauswahl der potentiellen Hindernisse getroffen, und auf die so reduzierte Zahl der vierte Verfahrensschritt D angewendet. Das Ergebnis ist ein Verfahren, das mit Rechnern üblicher Kapazität auskommt und eine sichere Detektierung von Hindernissen mit geringer Auswertezeit garan­ tiert.In principle, it would be possible to use the fourth ver step D distances and relative speeds also at Determine the presence of multiple obstacles. At a sufficiently large resolution would, however, be such a long one Computing time reveals a real-time application of the method would not be possible. For this reason, the first three Process steps A, B and C preselect the potential Hit obstacles, and on the reduced number of fourth Process step D applied. The result is a process that gets along with computers of usual capacity and a safe one Detection of obstacles with a short evaluation time guaranteed animals.

Zur weiteren Erhöhung der Genauigkeit kann das im folgenden beschriebene Kalibrierverfahren Einsatz finden. Da nämlich der Quadraturmischer 6 zur Erzeugung eines komplexen Signals I, Q zwei Mischer enthält, kann dieses Signal im wesentlichen durch zwei Effekte verfälscht sein, nämlich einen durch ein Über­ sprechsignal bedingten "Offsetfehler" und durch einen "Quadra­ turkomponentenfehler".The calibration procedure described below can be used to further increase the accuracy. Since the quadrature mixer 6 contains two mixers for generating a complex signal I, Q, this signal can be essentially falsified by two effects, namely a "offset error" caused by a crosstalk signal and a "quadrature component error".

Im folgenden werden die Entstehung und die Kompensation des Offsetfehlers beschrieben: Die Amplitude des in den Quadratur­ mischer 6 eingespeisten Sendesignals und damit die Ansprech­ empfindlichkeit seiner Mischerdioden hängt von der jeweiligen Frequenz, eingestellt durch die Steuerspannung f(t), ab, so daß auch das Sendesignal direkt am Ausgang des Quadraturmischers 6 anliegt. The generation and compensation of the offset error are described below: The amplitude of the transmission signal fed into the quadrature mixer 6 and thus the response sensitivity of its mixer diodes depends on the respective frequency, set by the control voltage f (t), so that this too Transmitting signal is present directly at the output of the quadrature mixer 6 .

Dieses "Übersprechsignal" ist im Vergleich zum eigentlichen empfangenen Signal (also dem reflektierten Signal) extrem stark, so daß die zu detektierenden Ziele oder Hindernisse gleichsam verdeckt werden. Der Pegelunterschied zwischen beiden Signal­ arten kann dabei je nach Größe und Entfernung der Ziele 40 . . . 100 dB betragen. Das "Übersprechsignal" wird hier als "Offsetfehler" bezeichnet, da es bei einer bestimmten Frequenz als weitgehend stationärer Offset des Ausgangssignals an einer Mischerdiode auftritt.This "crosstalk signal" is compared to the actual one received signal (i.e. the reflected signal) extremely strong, so that the targets or obstacles to be detected, as it were be covered. The level difference between the two signals Depending on the size and distance of the targets, types can be 40. . . 100 dB. The "crosstalk signal" is called an "offset error" referred to as being largely at a certain frequency stationary offset of the output signal on a mixer diode occurs.

Der Schwankungsbereich des definierten Offsets umfaßt nur einen geringen Amplitudenbereich; zudem besitzen die Schwankungen eine große Zeitkonstante (einige Minuten), während das dem Offset überlagerte empfangene Signal bei einer betrachteten Frequenz von Messung zu Messung einen stochastischen Charakter hat. Daher kann der Offsetfehler durch Mittelwertbildung einer großen An­ zahl von reflektierten Signalen bei jeweils derselben Frequenz sehr genau bestimmt werden. Dieser Vorgang vollzieht sich vor­ teilhafterweise im laufenden Betrieb des Radarsystems. Ist der Offsetfehler hinreichend bekannt, kann er für jede Frequenz korrigiert werden, indem er einfach vom Mischer-Ausgangssignal I, Q subtrahiert wird.The range of fluctuation of the defined offset comprises only one low amplitude range; the fluctuations also have a large time constant (a few minutes) during which the offset superimposed received signal at a considered frequency of Measurement to measurement has a stochastic character. Therefore can the offset error by averaging a large An number of reflected signals at the same frequency can be determined very precisely. This is happening partly during the ongoing operation of the radar system. Is the Well known offset errors, it can be used for any frequency can be corrected simply by the mixer output signal I, Q is subtracted.

Die Mittelwertbildung der empfangenen reflektierten Signale einer bestimmten Frequenz erfolgt vorteilhafterweise nicht durch das arithme­ tische Mittel, sondern durch eine exponentiell abklingende Ver­ gangenheitsbewertung w(t), die in Fig. 5 über der Zeit t darge­ stellt ist (der Abszissenwert t1 bedeutet mehrere Minuten). Der durch eine solche Vergangenheitsbewertung berechnete Mittelwert besitzt gegenüber dem arithmetischen Mittel im wesentlichen drei Vorteile: Zum einen kann der empfangene Mittelwert einer Fehler­ drift schnell folgen, da neue empfangene reflektierte Signale stärker ge­ wichtet werden als alte. Zum zweiten zeichnet sich der Mittel­ wert durch eine geringe Streuung aus, da insgesamt viele Signale zum Durchschnitt beitragen. Zum dritten ist eine solche Vergan­ genheitsbewertung einfach zu realisieren; der zuletzt berechnete Mittelwert bei einer bestimmten Frequenz f wird zum Zeitpunkt des Wiederkehrens dieser Frequenz f durch eine einfache rekur­ sive Vorschrift erneuert. Diese Vorschrift wird im folgenden erläutert.The averaging of the received reflected signals of a certain frequency is advantageously not carried out by the arithmetic mean, but by an exponentially decaying past evaluation w (t), which is shown in FIG. 5 over time t (the abscissa value t1 means several minutes) . The mean value calculated by such a past evaluation has three advantages over the arithmetic mean: On the one hand, the received mean value can quickly follow an error drift, since new received reflected signals are weighted more than old ones. Secondly, the mean value is characterized by a low spread, since a large number of signals contribute to the average. Third, such a past assessment is easy to implement; the last calculated mean at a certain frequency f is renewed at the time of the return of this frequency f by a simple recursive rule. This rule is explained below.

Der aktuelle mittlere Offsetwert , (Re = Realteil, Im = Imaginärteil) bei der Frequenz f errechnet sich zu einem großen Anteil aus dem letzten mittleren Offsetwert , bei derselben Frequenz, addiert zu einem kleinen Anteil des neuen Abtastwertes Reneu(f), Imneu(f):The current mean offset value (Re = real part, Im = imaginary part) at frequency f is calculated to a large extent from the last mean offset value at the same frequency, added to a small part of the new sample value Re new (f), Im new (f):

In Fig. 6 ist ein Schema für die Gesamtkalibrierung darge­ stellt. Dabei sind die Real- und Imaginäranteile für eine Frequenz f angegeben. Im linken Teil dieser Figur ist die Offsetkorrektur 0 des aus den Mischerdioden ankommenden Signals durch Subtraktion der mittleren Offsetwerte symbolisiert.In Fig. 6 is a scheme for the overall calibration Darge provides. The real and imaginary components are given for a frequency f. In the left part of this figure, the offset correction 0 of the signal arriving from the mixer diodes is symbolized by subtracting the mean offset values.

Die Fig. 7 bis 11 zeigen die Wirkung dieser Kalibrierung: Fig. 7 zeigt nochmals den zeitlichen Frequenzverlauf in den Messungen A bis D der Fig. 2. Von einem unbewegten Hindernis in beispielsweise 4 m Abstand liefert der Quadraturmischer 6 (s. Fig. 1) ohne Kalibrierung die Signalverläufe gemäß den Fig. 8 und 9, dagegen mit dem beschriebenen Kalibrierverfahren gemäß den Fig. 10 und 11. Figs. 7 to 11 show the effect of this calibration: FIG. 7 again shows the temporal frequency response in the measurements A to D of Figure 2. From a stationary obstacle, for example, 4 m spacing of the quadrature mixer supplies 6 (see Fig. 1.. ) without calibration, the signal curves according to FIGS. 8 and 9, on the other hand with the described calibration method according to FIGS. 10 and 11.

Die Aktualisierung der mittleren Offsetwerte durch die rekursive Berechnungsvorschrift kann immer dann erfolgen, wenn ein be­ stimmter Frequenzwert (Stufe) wiederkehrt. Die Dauer der Wieder­ kehr ist allerdings in der gewählten Modulationscharakteristik nach Fig. 2 unterschiedlich. Daher wird als Aktualisierungspe­ riode TAK die gesamte Meßzeit für die vier Einzelmessungen A-D (s. Fig. 2) für die Auswertung eines Radarbildes gewählt, damit alle Frequenzen unter gleichen Bedingungen behandelt werden. Die Konstante Z muß entsprechend der gewünschten Zeitkonstante τkorr. für die exponentiell abklingende Vergangenheitsbewertung gewählt werden:The average offset values can be updated by the recursive calculation rule whenever a certain frequency value (level) returns. However, the duration of the return is different in the selected modulation characteristic according to FIG. 2. Therefore, the entire measurement time for the four individual measurements AD (see FIG. 2) is selected as the update period T AK for the evaluation of a radar image, so that all frequencies are treated under the same conditions. The constant Z must correspond to the desired time constant τ corr. be selected for the exponentially decaying past evaluation:

Beträgt beispielsweise die Gesamtmeßdauer der Radarauswertung 10 ms, so ergibt sich bei einer Rekursionszeitkonstanten von τkorr = 10 s der Wert Z = 0.001; d. h., der aktuelle mittlere Offset­ fehler berechnet sich zu 99,9% aus dem alten mittleren Offset­ fehler addiert zu 0,1% des aktuellen Empfangssignals.If, for example, the total measuring time of the radar evaluation is 10 ms, the value Z = 0.001 results with a recursion time constant of τ corr = 10 s; ie the current mean offset error is calculated to be 99.9% from the old mean offset error added to 0.1% of the current received signal.

Der Quadraturkomponentenfehler des Quadraturmischers 6 ist durch eine Amplituden- und eine Phasenfehlerkomponente charakteri­ siert.The quadrature component error of the quadrature mixer 6 is characterized by an amplitude and a phase error component.

Betrachtet man zunächst den Amplitudenfehler, so ist er durch unterschiedliche Ansprechempfindlichkeiten der Mischerdioden des Quadraturmischers 6 bei gleicher HF-Zuführleistung charakteri­ siert. Zur Korrektur des Amplitudenfehlers ist das Verhältnis B(f) von Bedeutung, das den Quotienten aus den Betragsmittel­ werten von Realteil und Imaginärteil nach Offsetkorrektur dar­ stellt. Da die Größe B(f) frequenzabhängig ist, wird sie wie bei der Offsetkorrektur für jede Frequenz im laufenden Empfangs­ betrieb des Radarsystems bestimmt:If one first considers the amplitude error, it is characterized by different response sensitivities of the mixer diodes of the quadrature mixer 6 with the same RF supply power. To correct the amplitude error, the ratio B (f) is important, which represents the quotient from the mean values of the real part and imaginary part after offset correction. Since the quantity B (f) is frequency-dependent, it is determined for every frequency in the receiving operation of the radar system, as with offset correction:

Beide BetragsmittelwerteBoth mean values

(Mittelwerte der Beträge) werden durch die oben erläuterte Methode der ex­ ponentiell abklingenden Vergangenheitsbewertung errechnet.(Mean values of Amounts) are calculated using the method of ex paston value decaying is calculated.

Zur Korrektur des Amplitudenfehlers wird der ermittelte Faktor B(f) mit dem Imaginärteil Im(f) multipliziert (siehe Fig. 6). To correct the amplitude error, the determined factor B (f) is multiplied by the imaginary part Im (f) (see FIG. 6).

Nachdem der Amplitudenfehler der Quadraturkomponenten korrigiert wurde, verbleibt der Phasenfehler. Er gibt die Abweichung von dem Phasenwert 90° der beiden in die Mischer einzuspeisenden Signale an. Zur Auswirkung eines solchen Phasenfehlers soll die Darstellung in Fig. 12 betrachtet werden:After the amplitude error of the quadrature components has been corrected, the phase error remains. It indicates the deviation from the phase value 90 ° of the two signals to be fed into the mixer. For the effect of such a phase error, the illustration in FIG. 12 should be considered:

In Fig. 12 sind jeweils ca. 10 000 Abtastwerte eines als Bei­ spiel angenommenen empfangenen Signals in Ortsdiagramme eingetragen. Dabei wurde immer nur Abtastwerte bezüglich einer bestimmten wiederkehrenden Frequenz gewählt. Unter der Voraussetzung, daß die Zielsituation nicht derart stationär ist, daß Abstände sich um weniger als einen Bruchteil einer HF-Wellenlänge (ca. 4 mm) innerhalb einiger Minuten verändern, weist eine größere Anzahl von empfangenen Signalen immer einen stochastischen Charakter auf. Im Ortsdiagramm macht sich der stochastische Charakter in Form einer zweidimensionalen gaußschen Wolke bemerkbar; d. h. ein beliebiger Querschnitt einer solchen Wolke durch den Koordi­ natenursprung hindurch erzeugt eindimensional gesehen eine gaußsche Verteilungsdichtefunktion.In FIG. 12, approximately 10,000 samples of a received signal assumed as an example are entered in location diagrams. In this case, only samples with regard to a certain recurring frequency were selected. Provided that the target situation is not so stationary that distances change by less than a fraction of an RF wavelength (approx. 4 mm) within a few minutes, a larger number of received signals always have a stochastic character. The stochastic character is evident in the location diagram in the form of a two-dimensional Gaussian cloud; ie any cross-section of such a cloud through the coordinate origin creates a one-dimensional view of a Gaussian distribution density function.

Das Diagramm nach Fig. 12 zeigt eine konzentrische "Wolke", wie sie ohne Phasen- und Amplitudenfehler am Ausgang des Quadratur­ mischers 6 aussieht. Das Diagramm nach Bild 13 enthält das Er­ gebnis bei einem fehlerhaften Quadraturmischer. Man erkennt nach einer Langzeitbeobachtung die elliptische Ausprägung der Wolke mit zunächst beliebiger Richtungsachse, da hier Amplituden- und Phasenfehler vorliegen. Nach der oben beschriebenen Amplituden­ korrektur verbleiben die Phasenfehler; die elliptische Ausprä­ gung liegt jetzt nur noch in 45-Grad-Richtung vor (s. Fig. 14).The diagram of FIG. 12 shows a concentric "cloud" as it looks without phase and amplitude errors at the output of the quadrature mixer 6 . The diagram in Figure 13 shows the result of a faulty quadrature mixer. After long-term observation, one can see the elliptical shape of the cloud with any directional axis, since there are amplitude and phase errors. After the amplitude correction described above, the phase errors remain; the elliptical expression is now only available in the 45-degree direction (see Fig. 14).

Da die Richtungsachse der Ellipse definitiv in 45-Grad-Richtung liegt, werden zur Beseitigung dieses Phasenfehlers sämtliche Empfangswerte um 45 Grad gedreht, so daß die elliptische Rich­ tungsachse jetzt in 90-Grad-Richtung vorliegt. Diese Drehung erfolgt, wie in Fig. 6 dargestellt, durch kreuzweise Addition bzw. Subtraktion der Quadraturkomponenten. Dabei wird zwar die Amplitude der Signale zusätzlich um √ erhöht, aber diese Ampli­ tudenveränderung wirkt sich nicht störend aus, sondern geht nur als Normierungskonstante in die Verarbeitung ein.Since the directional axis of the ellipse is definitely in the 45-degree direction, all reception values are rotated by 45 degrees to eliminate this phase error, so that the elliptical directional axis is now in the 90-degree direction. As shown in FIG. 6, this rotation takes place by crosswise addition or subtraction of the quadrature components. Although the amplitude of the signals is additionally increased by √, this change in amplitude does not have a disruptive effect, but is only included in the processing as a standardization constant.

Nach der 45°-Drehung der Ellipse kann das Längen-Seiten-Verhäl­ tnis durch den Quotienten ψ(f), welcher sich aus der Division des Betragsmittelwertes des Realteils durch den Betragsmittel­ wert des Imaginärteils ergibt, bestimmt werden. Dies aber ent­ spricht derselben Vorgehensweise wie bei der Amplitudenkorrek­ tur, da die Phasenfehler der Quadraturkomponenten durch die 45-Grad-Drehung zu Amplitudenfehlern geworden sind. Auch die Korrektur des Phasenfehlers erfolgt daher entsprechend der Amplitudenkorrektur durch Multiplikation des Imaginärteils mit dem Faktor ψ(f) (s. Fig. 6).After the 45 ° rotation of the ellipse, the length-to-side ratio can be determined by the quotient ψ (f), which is obtained by dividing the mean value of the real part by the mean value of the imaginary part. However, this corresponds to the same procedure as for amplitude correction, since the phase errors of the quadrature components have become amplitude errors due to the 45-degree rotation. The phase error is therefore also corrected in accordance with the amplitude correction by multiplying the imaginary part by the factor ψ (f) (see FIG. 6).

In Bild 6 sind alle Korrekturmaßnahmen des aus für die aus den A/D-Wandlern 7 und 8 kommenden Signals yn bis zum endgültigen, fast idealen Empfangssignal Rekorr(f), Imkorr(f) dargestellt. Es entsteht die Frage, ob und inwieweit sich die einzelnen Korrek­ turmaßnahmen gegenseitig beeinflussen oder sogar zu "Regel­ schwingungen" führen. Figure 6 shows all the corrective measures for the signal y n coming from the A / D converters 7 and 8 up to the final, almost ideal received signal Re corr (f), Im corr (f). The question arises as to whether and to what extent the individual corrective measures influence each other or even lead to "control vibrations".

Die Amplitudenkorrektur und die Phasenkorrektur der Quadratur­ komponenten beeinflussen sich gegenseitig nicht, da sie zueinan­ der orthogonal sind.The amplitude correction and the phase correction of the quadrature components do not influence each other, because they interact which are orthogonal.

Die Offsetkorrektur und die Korrektur der Quadraturkomponenten können sich aber gegenseitig stören, weil z. B. ein noch nicht ausgeglichener Offsetfehler zu einer Verfälschung in der Ampli­ tudenkorrektur führen kann. Daher wird die Zeitkonstante τkorr bei der Offsetkorrektur etwa um den Faktor 10 niedriger ausge­ legt als bei der Korrektur der Quadraturkomponentenfehler.The offset correction and the correction of the quadrature components can interfere with each other, because z. B. an unbalanced offset error can lead to a falsification in the amplitude correction. Therefore, the time constant τ corr in the offset correction is designed to be approximately 10 times lower than in the correction of the quadrature component errors.

Claims (15)

1. Mittels eines Computers durchgeführtes Radarverfahren zur Messung von Abständen und Relativgeschwindigkeiten zwischen einem Fahrzeug und vor diesem befindlichen Hindernissen, mit Aussendung mittels eines Oszillators erzeugter kontinuierlicher Sende­ signale, während des Aussendens der kontinuierlichen Sendesignale gleichzeitigem Empfangen an den Hindernissen reflektierter Signale, Mischen der reflektierten Signale mit den kontinuierlichen Sendesignalen zur Gewinnung von Inphase- und Quadratur­ signalen und Verarbeitung dieser Signale zu Ausgangssignalen für die Abstände und Relativgeschwindigkeiten der Hindernisse dadurch gekennzeichnet, daß die kontinuierlichen Sendesignale in frequenzkonstante Stufen zeitlich konstanter Länge ohne zeitlichen Abstand zueinander zerlegt sind und daß während jeder frequenzkonstanten Stufe des reflektierten empfangenen Signals ein komplexer Abtastwert erfaßt und mit dem Sendesignal der gleichen frequenzkonstanten Stufe gemischt wird.1. Radar method carried out by means of a computer for measuring distances and relative speeds between a vehicle and obstacles in front of it, with continuous transmission signals generated by means of an oscillator, during the transmission of the continuous transmission signals, simultaneous reception of signals reflected at the obstacles, mixing of the reflected signals with the continuous transmission signals for obtaining in-phase and quadrature signals and processing these signals into output signals for the distances and relative speeds of the obstacles, characterized in that the continuous transmission signals are broken down into frequency-constant stages of constant length without a time interval and that during each frequency-constant stage a complex sample value of the reflected received signal is recorded and mixed with the transmitted signal of the same frequency-constant stage. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der frequenz­ konstanten Stufen im Bereich von 20 µs liegt. 2. The method according to claim 1, characterized in that the length of the frequency constant levels is in the range of 20 µs.   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß während einer ersten Messung der Oszillator im Sinne der Erzeugung frequenzkonstanter, zeitlich ohne Abstand aufeinanderfolgender Stufen mit in dieser Folge von einem Minimal- auf einen Maximalwert linear stufenförmig ansteigender Frequenz und mit durch die gewünschte Auflösung gegebener Anzahl angesteuert wird, daß danach während einer zweiten Mes­ sung der Oszillator im Sinne der Erzeugung entsprechender frequenzkonstanter Stufen mit von dem Maximalwert auf den Minimalwert linear stufenförmig abfallender Frequenz angesteuert wird, wobei in beiden Messungen während jeder frequenzkonstanten Stufe des empfangenen reflektierten Signals ein komplexer Abtastwert erfaßt und durch Mischen mit dem Sendesignal der gleichen frequenzkonstanten Stufe erste bzw. zweite Inphase- und Quadraturphasesignale (erste bzw. zweite Empfangssignale) für die Abstände und die Relativgeschwindigkeiten gewonnen werden, daß danach während einer dritten Messung der Oszillator im Sinne der Erzeugung entsprechender, jedoch frequenzgleicher, frequenzkonstanter Stufen angesteuert wird und auch hier während jeder Stufe des empfangenen, reflektierten Signals ein komplexer Abtastwert zur Gewin­ nung dritter Inphase- und Quadraturphasesignale (dritte Empfangssignale) für die Rela­ tivgeschwindigkeiten durch Mischen mit dem Sendesignal der gleichen frequenzkonstan­ ten Stufe erfaßt wird, daß alle Empfangssignale mittels Fourier-Transformation in rela­ tivgeschwindigkeits- und abstandsabhängige Frequenzwerte umgewandelt werden, die in einem Relativgeschwindigkeits-Abstands-Diagramm drei Scharen sich schneidender Geraden darstellen, deren Schnittpunkte potentielle Hindernisse wiedergeben, daß ferner zur durch Korrelation von Abtastwerten erfolgenden Eliminierung von Geisterhindernissen während einer vierten Messung der Oszillator im Sinne der Erzeugung zeitlich auf­ einanderfolgender Stufen mit Frequenzen fn gemäß der Beziehung fn = fT + fInkr. (Anmod(P))
mit
n = 0 . . . N - 1, worin N = P - 1 und P = Primzahl,
A = natürliche Zahl, die für die jeweilige Länge N so gewählt ist, daß N unterschiedliche Koeffizienten entstehen,
fT = Trägerfrequenz des Oszillators,
fInkr. = Frequenzinkrement,angesteuert wird, ferner während jeder - jeweils einem der Koeffizienten (Anmod(P)) zugeordneten - reflektierten Stufe als viertes Empfangssignal ein komplexer Abtastwert mit
i = Zahl der Hindernisse, c = Lichtgeschwindigkeit,
Ri = Entfernung des Hindernisses i;
vi = Relativgeschwindigkeit des Hindernisses i,
fT = Trägerfrequenz,
fA= Abtastfrequenz,
ki = Amplitudeerfaßt wird und ein Vergleich der den Hindernissen in der vierten Messung zugeordneten Abtastwerte in Form von Phasen (ϕi;n) mit den Phasen vorliegenden Abtastwerten der Schnitt­ punkte im Relativgeschwindigkeits-Abstands-Diagramm erfolgt.
3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that during a first measurement of the oscillator in the sense of generating frequency constant, temporally without spacing successive stages with in this sequence from a minimum to a maximum value linearly increasing in frequency and with the desired Resolution given number is driven that is then driven during a second measurement solution of the oscillator in the sense of generating corresponding frequency-constant stages with frequency decreasing linearly from the maximum value to the minimum value, with a complex in both measurements during each frequency-constant stage of the received reflected signal Sampled value acquired and by mixing with the transmission signal of the same frequency-constant stage first or second in-phase and quadrature phase signals (first or second reception signals) for the distances and the relative speeds are obtained that would then nd a third measurement of the oscillator is driven in the sense of the generation of corresponding, but frequency-equal, frequency-constant stages, and here, too, a complex sample value for obtaining third in-phase and quadrature-phase signals (third reception signals) for the relative speeds by each stage of the received, reflected signal Mixing with the transmission signal of the same frequency constant stage is detected that all received signals are converted by means of Fourier transformation into relative speed and distance-dependent frequency values which, in a relative speed-distance diagram, represent three sets of intersecting straight lines whose intersections represent potential obstacles, that furthermore, by eliminating ghost obstacles by correlating sample values during a fourth measurement, the oscillator in the sense of generating temporally on successive stages with frequencies f n according to the relationship hung f n = f T + f incr. (A n mod (P))
With
n = 0. . . N - 1, where N = P - 1 and P = prime number,
A = natural number chosen for the respective length N so that N different coefficients arise,
f T = carrier frequency of the oscillator,
f incr. = Frequency increment, is controlled, furthermore, during each - in each case assigned to one of the coefficients (A n mod (P)) - a complex sample value as a fourth received signal With
i = number of obstacles, c = speed of light,
R i = distance of the obstacle i;
v i = relative speed of the obstacle i,
f T = carrier frequency,
f A = sampling frequency,
k i = amplitude is detected and a comparison of the sample values assigned to the obstacles in the fourth measurement in the form of phases (ϕ i; n ) is carried out with the sample values of the intersection points in the phases in the relative speed-distance diagram.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für den Vergleich die Schnittpunkte zu einer Folge mit abnehmen­ den Reflexionsamplituden (ki) geordnet werden, die konju­ giert komplexe Phase des amplitudengrößten Schnittpunktes mit den vierten Empfangssignalen (yn) gemäß der Funktion korreliert wird, Schnittpunkte, deren so gewonnener Korre­ lationswert (W) unter einem vorgegebenen Wert liegt, als Geisterhindernisse aussortiert werden, dagegen iterativ jeweils nach Ermittlung eines Schnittpunktes mit hohem Korrelationswert (W) auf das zugehörige fiktive vierte Empfangssignal · ej ϕ i;n rückgeschlossen und dieses von den Empfangssignalen (yn) der vierten Messung subtrahiert wird. 4. The method according to claim 3, characterized in that for the comparison, the intersection points are arranged in a sequence with decreasing reflection amplitudes (k i ), the conjugated complex phase of the amplitude-largest intersection point with the fourth received signals (y n ) according to the function is correlated, intersections whose correlation value (W) thus obtained is below a predetermined value are sorted out as ghost obstacles, on the other hand iteratively each time after determining an intersection with a high correlation value (W) on the associated fictitious fourth received signal · e j ϕ i; n inferred and this is subtracted from the received signals (y n ) of the fourth measurement. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Eliminierung von in den Inphase- und Quadraturphasesignalen (I, Q) enthaltenen Sendesignalen ("Übersprechsignal") zunächst durch Mittelwertbildung aus empfangenen reflektierten Signalen bei allen durch die Steuerspannung (f(t)) des Oszillators (1) gegebenen Frequen­ zen desselben das Übersprechsignal ermittelt und dann von den Inphase- und Quadraturphasesignalen (I, Q) subtrahiert wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that to eliminate transmission signals contained in the in-phase and quadrature phase signals (I, Q) ("crosstalk signal") first by averaging received signals received by all of the control voltage ( f (t)) of the oscillator ( 1 ) given frequencies of the same, the crosstalk signal is determined and then subtracted from the in-phase and quadrature phase signals (I, Q). 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine gleitende Mittelwertbildung mit zeitlich exponentiell ab­ klingender Vergangenheitsbewertung (w(t)) erfolgt.6. The method according to claim 5, characterized in that a moving averaging with exponential over time sounding past evaluation (w (t)). 7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß aktualisierte neue Übersprechsignale , bei einer vorgegebenen Frequenz rekursiv aus einem durch Mittelwertbildung ermittelten vorangegangenen Über­ sprechsignal , und einem Anteil eines neuen Übersprechsignals , ermittelt werden.7. The method according to claim 5 or 6, characterized in that that updated new crosstalk signals,  at a given frequency recursively from one previous over determined by averaging speech signal, and a portion of a new crosstalk signal will. 8. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4 und einem der Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Über­ sprechsignale bei jedem Burst mit der vorgegebenen Frequenz erfolgt.8. The method according to claim 3 or 4 and one of claims 5 to 7, characterized in that the determination of the over speech signals at each burst with the specified frequency he follows. 9. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4 und den Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Aktualisierungsperiode die für die vier Messungen (A, B, C, D) erforderliche Meßzeit gewählt ist.9. The method according to claim 3 or 4 and claims 7 and 8, characterized in that the update period measurement time required for the four measurements (A, B, C, D) is selected. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Korrektur eines Quadraturkomponenten­ fehlers in den durch Mischen gewonnenen Inphase- und Quadra­ turphasesignalen (I, Q) zunächst ein Amplitudenfehleranteil dieses Fehlers durch eine Mittelwertbildung der Beträge dieser beiden Signale (I, Q) - ggf. nach Eliminierung des Übersprechfehlers - und danach ein Phasenfehleranteil des Quadraturfehlers durch Phasendrehung von Inphase- und Quadraturphasesignalen (I, Q) beseitigt wird.10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized records that to correct a quadrature component error in the in-phase and quadra obtained by mixing turphase signals (I, Q) first an amplitude error component  this error by averaging the amounts of these two signals (I, Q) - if necessary after eliminating the Crosstalk error - and then a phase error component of the Quadrature error due to phase rotation of in-phase and Quadrature phase signals (I, Q) is eliminated. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine gleitende Mittelwertbildung mit zeitlich exponentiell ab­ klingender Vergangenheitsbewertung (w(t)) erfolgt.11. The method according to claim 10, characterized in that a moving averaging with exponential over time sounding past evaluation (w (t)). 12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß aktualisierte neue Betragswerte bei einer vorgegebenen Frequenz rekursiv aus durch Mittelwertbildung ermittelten Betragswerten und einem Anteil des Betrages eines neuen Inphase- und Quadraturphasesignals (I, Q) - ggf. nach Elimi­ nierung des Übersprechfehlers - ermittelt werden.12. The method according to claim 10 or 11, characterized in that updated new amount values at a given one Frequency recursively from averaging Amount values and a portion of the amount of a new one In-phase and quadrature phase signals (I, Q) - if necessary according to Elimi nation of the crosstalk error - can be determined. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Quotient aus den Betragsmittelwerten von Inphase- und Quadraturphasesignalen (I, Q) mit dem Quadraturphasesignal (Q) - ggf. nach Eliminierung des Übersprechfehlers - multipliziert wird.13. The method according to any one of claims 10 to 12, characterized ge indicates that the quotient of the average values of in-phase and quadrature phase signals (I, Q) with the Quadrature phase signal (Q) - if necessary after eliminating the Crosstalk error - is multiplied. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Beseitigung des Phasenfehleranteils eine Phasendrehung um 45° durch kreuzweise Addition bzw. Subtraktion zwischen den Inphase- und Quadraturphasesignalen erfolgt, an die sich eine Multiplikation des Quadraturphase­ signals (Q) mit dem Quotienten aus den Betragsmittelwerten von Inphase- und Quadraturphasesignalen (I, Q) anschließt.14. The method according to any one of claims 10 to 13, characterized ge indicates that to eliminate the phase error component a phase rotation of 45 ° by crosswise addition or Subtraction between the in-phase and quadrature phase signals takes place at which there is a multiplication of the quadrature phase signals (Q) with the quotient of the mean values of in-phase and quadrature phase signals (I, Q). 15. Verfahren nach den Ansprüchen 5 bis 14 mit Eliminierung des Übersprechsignals und Korrektur des Quadraturkomponenten­ fehlers, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur mit kleinerer Zeitkonstante als die Eliminierung erfolgt.15. The method according to claims 5 to 14 with elimination of Crosstalk signal and correction of the quadrature components error, characterized in that the correction with time constant smaller than the elimination.
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